LiFePO4 Akku als Solarstromspeicher: Die beste Lösung?

Der LiFePO4 Akku, auch Lithium-Eisenphosphat- oder LFP-Akku, ist ein auf Lithium basierender Stromspeicher. Die Speicher werden vielfältig genutzt, beispielsweise in Elektrofahrzeugen, Wohnmobilen oder auch als PV-Stromspeicher. Aber was macht den LFP-Akku besser als andere Stromspeicher?

Der Lithium-Eisenphosphat-Akku

Aufbau und Funktionsweise

Zu den Grundbestandteilen eines Lithium-Eisenphosphat-Akkus zählt das Elektrolyt, die Kathode und die Anode, sowie ein Separator. Kathode und Anode sind vom Elektrolyt umgeben, jedoch durch den Separator voneinander getrennt. Im Normalzustand besteht in der Batterie ein Ungleichgewicht: Auf einer Seite sind also mehr Elektronen. Natürlicherweise soll dieses Ungleichgewicht aufgelöst werden, was aber durch den Separator nicht möglich ist. Wird die Batterie entladen, können die Elektronen durch die Kabel wandern, um das Gleichgewicht herzustellen und erzeugen dabei eine Spannung. Wird die Batterie wieder aufgeladen, wird die Spannung genutzt, um das Ungleichgewicht wieder herzustellen.

Der Unterschied zum Lithium-Ionen-Akku

Der LiFePO4-Akku gehört zur Art der Lithium-Ionen-Akkus. Ursprünglich wurden Lithium-Ionen-Akkus mit Lithium-Kobaltoxid gefertigt. Im LFP-Akku wird das aber durch das namensgebende Lithium-Eisenphosphat ersetzt. Das hat zahlreiche Vorteile:

Vorteile des LFP-Akkus

• Hohe Zyklenfestigkeit: LiFePO4-Akkus weisen eine hohe Zyklenfestigkeit auf. Diese ist zwar abhängig von der Entladetiefe, bedeutet aber grundsätzlich eine längere Lebensdauer. Das bedeutet im Endeffekt auch geringere Kosten, da der Speicher seltener ausgetauscht werden muss.
• Hoher Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad innerhalb eines Ladezyklus liegt für LiFePO4-Akkus bei über 90 %.
• Höhere Sicherheit: Bei Lithium-Ionen-Akkus besteht die Gefahr, dass diese sich durch chemische Reaktionen selbst entzünden können. Das ist besonders problematisch, da diese Brände nur sehr schwer zu löschen und dementsprechend gefährlich sind. Aufgrund der unterschiedlichen Zellchemie besteht diese Gefahr bei LiFePO4-Akkus aber nicht.

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• Niedrige Selbstentladung: Batterien unterliegen immer einer Selbstentladung, so auch der LFP-Akku. Damit der gewonnene Strom nicht durch die Selbstentladung wieder verloren geht, sollte die Selbstentladung aber natürlich möglichst gering sein. Beim LiFePO4-Akku liegt der Grad der Selbstentladung monatlich zwischen 3 und 5 Prozent und ist damit gering.
• Bessere Ökobilanz: Da die Gewinnung und der Abbau von Eisen weniger aufwändig ist und umweltfreundlicher, hat die LiFePO4-Akku auch eine entsprechend bessere Ökobilanz als andere Batterien.

• Hohe Ladeströme: Die hohen Ladeströme ermöglichen zum Beispiel die Anwendung als Starterbatterie.
• Geringer Memory-Effekt: Anders als bei anderen Stromspeichern gibt es beim LFP-Akku kaum einen Memory-Effekt. Das sorgt letztlich für eine bessere Batterienutzung.

Nachteile des LFP-Akkus

Größter Nachteil der Lithium-Eisenphosphat-Akkus ist die geringe Energiedichte. Diese liegt zwischen 90 und 110 Wattstunden pro Kilogramm. Das bedeutet konkret, dass für vergleichsweise wenig Speicherkapazität vergleichsweise viel Masse. Daher werden sie vor allem für fixe Anwendungszwecke, wie zum Beispiel Solaranlagen, genutzt.

Li-FePO4 oder Li-Ionen / Was ist besser? / Stationärer Speicher

LiFePO4 Akku als PV-Stromspeicher?

Lithium-Eisenphosphat-Akkus werden vor allem als Stromspeicher für die PV-Anlage eingesetzt. Hier ist die geringe Energiedichte in der Regel kein Problem und kann durch entsprechend größere Batterien ausgeglichen werden. Großer Pluspunkt für die Anwendung als Solarspeicher ist unter anderem die Sicherheit: Da die LFP-Batterien ein wesentlich geringeres Risiko haben, sich selbst zu entzünden oder zu explodieren, ist die Aufbewahrung im Haus natürlich mit weniger Risiken verbunden.

Auch die Langlebigkeit ist dabei ein wichtiger Punkt, da sich die Batterie selbstverständlich rentiert machen soll. Je länger sie daher hält, desto höher ist der Gewinn, der dadurch eingefahren werden kann.

Zusätzlicher Vorteil der LFP-Batterien: Die verwendeten Ressourcen sind umweltfreundlicher und leichter zu beschaffen. Kobalt beispielsweise, welches in klassischen Lithium-Ionen-Batterien genutzt wird, ist nicht nur umweltschädlich, sondern auch nur sehr begrenzt verfügbar. Daher ist der Wechsel zu anderen Materialien ohnehin früher oder später notwendig.

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Batteriemanagementsystem für die LFP-Batterie

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Einige Umstände wirken sich negativ auf die Lebensdauer und Kapazität einer Batterie aus, wie zum Beispiel Überhitzung oder Tiefentladung. Das gilt es zu vermeiden, um die Batterie möglichst lange nutzen zu können. Daher gibt es sogenannte Batteriemanagementsysteme, auch BMS abgekürzt.

Das Batteriemanagementsystem überwacht die Batterie und verhindert so, dass es zum Kurzschluss kommt. Dafür ermittelt das System den Ladezustand, indem es die Zellspannung und die Innenwiderstandes misst. Weicht die Ladekennlinie zu stark ab, nimmt das BMS entsprechend eine Be- und Entladung vor, um die Schwankungen auszubalancieren und die Lebensdauer so zu maximieren.

Weitere Anwendungen: LiFePO4 für Wohnmobil und Powerstation

Neben der Anwendung als Heimspeicher für die PV-Anlage werden die Lithium-Eisenphosphat-Akkus auch oft als Bordbatterien für das Wohnmobil genutzt. Hier ist natürlich ebenfalls die lange Nutzungsdauer und der Sicherheitsaspekt von Vorteil. Aber auch das Gewicht spielt bei der mobilen Nutzung eine große Rolle: Im Vergleich zur Bleibatterie ist der LiFePO4-Akku wesentlich leichter.

Vorteilhaft ist außerdem, dass die LFP-Batterie gut mit der Ladung über ein PV-Modul kompatibel ist: Sie braucht keine Voll-Ladung und nimmt keinen Schaden, wenn sie regelmäßig nur zum Teil aufgeladen wird. Liefert das PV-Panel also einmal nicht ausreichend Energie, leidet die Batterie nicht darunter. Hinzu kommt das Ladeverhalten, das für kürzere Ladezeiten sorgt, da die LiFePO4-Batterie den maximalen Ladestrom aufnimmt.

Auch für Powerstations sind sie dank des Gewichts und der höheren Sicherheit optimal. Hier ist das Ladeverhalten ebenfalls von Vorteil, damit die Powerstation schnell wieder aufgeladen ist und auch mit einem Solarpanel aufgeladen werden kann.